EP2754855A1

EP2754855A1 - Device for clamping a turbine blade

Info

Publication number: EP2754855A1
Application number: EP13151147.9A
Authority: EP
Inventors: Nikolai Arjakine; Bernd Burbaum; Roman Kalocsay; Andre Mehlhorn
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Siemens AG
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Siemens AG
Priority date: 2013-01-14
Filing date: 2013-01-14
Publication date: 2014-07-16
Also published as: KR20150104204A; WO2014108495A1; EP2943652A1; US9878411B2; US20150352676A1; EP2943652B1

Abstract

The device has movable clamping structures (1) that are provided for pressing on suction side (5) or pressure side of turbine blade (9) in region of blade tip (11) of turbine blade. The clamping structures are designed to remove heat from the turbine blade. Each clamping structure has clamping elements that are supported movably in such a way that the clamping elements are moved towards and/or away from perimetric surface of turbine blade to be clamped.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspannen einer Turbinenschaufel mit einer Umfangsfläche und mit einer Schaufelspitze, wobei die Umfangsfläche eine Saugseite und eine Druckseite aufweist, während einer Schweißreparatur der Schaufelspitze.The present invention relates to an apparatus for chucking a turbine blade having a peripheral surface and a blade tip, the peripheral surface having a suction side and a pressure side during a welding repair of the blade tip.

Turbinenschaufeln sind in der Regel aus hochwarmfesten Superlegierungen hergestellt. Häufig weisen sie zudem noch eine gerichtete Kornstruktur auf oder sind sogar aus einem einkristallinen Material hergestellt. Turbinenschaufeln sind entsprechend teuer in der Herstellung.Turbine blades are usually made of high-temperature superalloys. Often they also have a directional grain structure or are even made of a monocrystalline material. Turbine blades are correspondingly expensive to manufacture.

Während des Betriebs sind Turbinenschaufeln korrosiven Heißgasen ausgesetzt, die zu einem Verschleiß der Turbinenschaufeln führen. Der Verschleiß tritt dabei insbesondere an hoch belasteten Abschnitten der Turbinenschaufeln wie etwa der Schaufelspitze auf. Zudem gibt es Turbinenschaufeln mit sogenannten Reibspitzen, die zum Abdichten des Strömungsfades dienen. Derartige Reibspitzen kontaktieren beim Anfahren einer Gasturbinenanlage einen Dichtring, der den die Turbinenschaufeln tragenden Turbinenläufer umgibt und reiben sich dabei in das Dichtringmaterial ein. Dabei entsteht jedoch nicht nur Abrieb am Dichtring, sondern auch an der Reibspitze.During operation, turbine blades are exposed to corrosive hot gases that result in turbine blade wear. The wear occurs in particular on highly loaded sections of the turbine blades, such as the blade tip. There are also turbine blades with so-called friction tips, which serve to seal the flow path. When a gas turbine installation starts up, such friction tips contact a sealing ring which surrounds the turbine rotor bearing the turbine blades and thereby rubs into the sealing ring material. However, not only abrasion on the sealing ring, but also on the friction tip.

Da Turbinenschaufeln wie eingangs dargelegt in der Herstellung sehr teuer sein können, ist man bestrebt, verschlissene Turbinenschaufeln wieder aufzubereiten, so dass erneut in einer Gasturbine zum Einsatz kommen können. Im Rahmen eines derartigen Wiederaufbereitungsprozesses kann es vorkommen, dass die ursprüngliche Form der Schaufelspitze wieder hergestellt werden muss. Dies erfolgt durch Auftragsschweißen, d.h. durch Wiederaufbauen der ursprünglichen Form der Reibspitze, indem Schweißmaterial schichtweise aufgetragen wird. Bei diesem Schweißprozess, der beispielsweise mittels Laserschweißens erfolgt, findet ein erheblicher Wärmeeintrag in die Schaufelspitze statt. Ohne geeignete Gegenmaßnahmen kann dies zu Spannungen im Gefüge des Schaufelmaterials im Bereich der Schaufelspitze führen, welche die Qualität der Schaufelspitze verschlechtern und so die mögliche Lebensdauer der Schaufel verkürzen. Zudem muss beim schichtweisen aufgetragen des Schweißmaterials die zuvor aufgetragene Lage an Schweißmaterial unter einen bestimmten Wert abgekühlt sein, bevor die nächste Lage aufgeschweißt werden kann, weshalb der Schweißprozess relativ langwierig ist. Man ist daher bestrebt, die in die Schaufelspitze eingebrachte Wärme abzuführen, um das Entstehen von Spannungen während des Schweißprozesses zu vermeiden und den Schweißprozess zu beschleunigen.Since turbine blades as described above can be very expensive to produce, it is endeavored to reprocess worn turbine blades so that they can be used again in a gas turbine. In the context of such a reprocessing process, it may happen that the original shape of the blade tip must be restored. This is done by build-up welding, ie by rebuilding the original shape of the friction tip by applying welding material layer by layer. In this welding process, which takes place for example by means of laser welding, there is a considerable heat input into the blade tip. Without appropriate countermeasures, this can lead to stresses in the structure of the blade material in the region of the blade tip, which deteriorate the quality of the blade tip and thus shorten the possible life of the blade. In addition, in the layered application of the welding material, the previously applied layer of welding material must be cooled below a certain value before the next layer can be welded, so that the welding process is relatively tedious. It is therefore desirable to dissipate the heat introduced into the blade tip in order to avoid the occurrence of stresses during the welding process and to accelerate the welding process.

In JP 10180442 A ist ein Verfahren beschrieben, in dem ein Auftragsschweißen auf einer Schaufelspitze erfolgt, während ein Gas oder eine Flüssigkeit durch im Inneren der Schaufel verlaufende Kanäle geleitet wird, um die Schaufel während des Schweißens zu kühlen.In JP 10180442 A For example, a method is described in which buildup welding is performed on a blade tip while a gas or liquid is passed through channels extending inside the blade to cool the blade during welding.

DE 42 37 052 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Reparaturschweißung der Blattspitzen von Leit- oder Laufschaufeln von Turbomaschinen, in der eine Vorrichtung erwähnt ist, in welcher das gesamte Schaufelblatt entlang der Druck- und Saugseite zwischen zangenartig gegeneinander verspannten und gekühlten Backen in der zum Schweißen erforderlichen Position arretiert wird. Die Arretierung erfolgt so, dass das mit dem Schweißauftrag zu versehende Schaufelende geringfügig gegenüber den äußeren Oberflächen der Backen vorsteht. Als nachteilig wird dabei in DE 42 37 052 A1 angesehen, dass an der Eintrittskante und Austrittskante des Schaufelblattes keine genau definierbare Kühlung stattfindet, da an diesen Stellen die Backen auf die längste Schaufel abgestimmt werden. Zusätzlich wird es als Problem angesehen, dass es sich um gelaufene bzw. bereits gebrauchte Schaufeln handelt, die sich in ihrer Form zumindest geringfügig schon soweit verändert haben, dass sie nur unbestimmt mehr oder weniger großflächig am Backenmaterial anliegen. Außerdem wird beanstandet, dass die Herstellung der Backen sehr aufwendig ist und die Einsatzmöglichkeit praktisch auf einen ganz bestimmten Schaufeltyp einer Verdichter- oder Turbinenschaufel beschränkt ist, wenn überhaupt ein einigermaßen zufriedenstellendes Schweißergebnis erbracht werden soll. Die DE 42 37 052 A1 schlägt ausgehend von diesem Stand der Technik daher vor, statt der auf die Saugseite und die Druckseite abgestimmten Klemmbacken solche Klemmbacken zu verwenden, die auf die Eintritts- und Austrittskante des Schaufelblattes abgestimmte Einkerbungen aufweisen, in welche die Kanten des Schaufelblattes eingreifen, wobei die eine Backe fest, die andere in Richtung auf eine Schaufelkante verschiebbar geführt angeordnet ist. Dadurch soll an der Eintrittskante und der Austrittskante eine gleichbleibende Kühlung in genau festgelegter Höhe erzielt werden. Als weiterer großer Vorteil des in DE 42 37 052 A1 beschriebenen Spannkonzepts ist angegeben, dass dieses Spannkonzept die vielseitige Verwendbarkeit einer Vorrichtung zur Reparaturschweißung für viele verschiedene Schaufeln ermöglicht. DE 42 37 052 A1 describes a device for repair welding the blade tips of guide vanes or turbomachinery, in which a device is mentioned, in which the entire airfoil is locked along the pressure and suction side between tongs and jaws braced against each other in the required position for welding. The locking takes place in such a way that the blade end to be provided with the welding application projects slightly beyond the outer surfaces of the jaws. The disadvantage is in DE 42 37 052 A1 considered that at the leading edge and trailing edge of the airfoil no exactly definable cooling takes place, since at these points the jaws are tuned to the longest blade. In addition, it is considered a problem that it is spilled or already used blades that have changed in shape at least slightly so far that they only indefinitely more or less large area abut the baking material. It is also objected that the production of the jaws is very expensive and the application is practically limited to a specific type of bucket of a compressor or turbine blade, if at all a reasonably satisfactory welding result should be provided. The DE 42 37 052 A1 proposes starting from this prior art, therefore, instead of the suction side and the pressure side tuned jaws to use such jaws having on the inlet and outlet edge of the airfoil tuned notches, in which engage the edges of the airfoil, wherein the one jaw fixed, the other is arranged slidably guided in the direction of a blade edge. This is to be achieved at the leading edge and the trailing edge a constant cooling in a precisely defined height. Another big advantage of in DE 42 37 052 A1 described clamping concept that this clamping concept allows the versatility of a device for repair welding for many different blades.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine vorteilhafte Vorrichtung zum Einspannen einer Turbinenschaufel während einer Schweißreparatur der Schaufelspitze zur Verfügung zu stellen.The object of the present invention is to provide an advantageous device for clamping a turbine blade during a welding repair of the blade tip.

Die genannte Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The stated object is achieved by a device according to claim 1. The dependent claims contain advantageous embodiments of the invention.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Einspannen einer Turbinenschaufel während einer Schweißreparatur der Schaufelspitze zur Verfügung gestellt. Die Turbinenschaufel besitzt eine Umfangsfläche, die eine Saugseite und eine Druckseite aufweist, sowie eine Schaufelspitze. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist wenigstens eine bewegliche Klemmstruktur zum Anpressen an die Saugseite oder die Druckseite einer Turbinenschaufel im Bereich ihrer Schaufelspitze auf, wobei die Klemmstruktur zur Abfuhr von Wärme aus der Turbinenschaufel ausgebildet ist. Die wenigstens eine bewegliche Klemmstruktur weist eine Mehrzahl von Klemmelementen auf, die jeweils einzeln derart beweglich gelagert sind, dass sie wenigstens in Richtung auf die Umfangsfläche einer einzuspannenden Turbinenschaufel hin und von dieser weg bewegt werden können.According to the invention, a device for clamping a turbine blade during a weld repair of the blade tip is provided. The turbine blade has a peripheral surface having a suction side and a pressure side, and a blade tip. The inventive device has at least one movable clamping structure for pressing against the suction side or the pressure side of a turbine blade in the region of its blade tip, wherein the Clamping structure for removing heat from the turbine blade is formed. The at least one movable clamping structure has a plurality of clamping elements which are each mounted individually such that they can be moved at least in the direction of the peripheral surface of a turbine blade to be clamped in and away therefrom.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind sowohl eine Klemmstruktur zum Anpressen an die Saugseite der Umfangsfläche als auch eine Klemmstruktur zum Anpressen an die Druckseite der Umfangsfläche vorhanden. Jede der beweglichen Klemmstrukturen weist dabei eine Anzahl von Klemmelementen auf, die jeweils einzeln derart beweglich gelagert sind, dass sie in Richtung auf die Umfangsfläche einer einzuspannenden Turbinenschaufel hin und von dieser weg bewegt werden können.In an advantageous embodiment of the device according to the invention both a clamping structure for pressing against the suction side of the peripheral surface and a clamping structure for pressing against the pressure side of the peripheral surface are present. Each of the movable clamping structures in this case has a number of clamping elements, which are each mounted individually movable so that they can be moved toward and away from the circumferential surface of a turbine blade to be clamped.

Dadurch, dass die Klemmstruktur(en) an die Saugseite und/oder an die Druckseite der Turbinenschaufel anpressbar ist bzw. sind, kann eine große Kontaktfläche zur Umfangsfläche der Turbinenschaufel hergestellt werden, die eine rasche Abfuhr der durch den Schweißprozess eingebrachten Wärme ermöglicht. Gleichzeitig ermöglicht die Ausgestaltung der Klemmstruktur in Form einer Mehrzahl von Klemmelementen das Anpassen der Klemmstruktur an die Form der jeweiligen Umfangsfläche. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht daher gleichzeitig das großflächige Kontaktieren der Umfangsfläche einer zu schweißenden Turbinenschaufel und das Anpassen der diese Umfangsfläche kontaktierenden Klemmstruktur an Turbinenschaufeln mit unterschiedlich geformten Umfangsflächen, insbesondere mit unterschiedlich geformten Saug- oder Druckseiten. Ebenso kann auch bei Turbinenschaufeln, die aufgrund von Verschleiß von der Nominalform abweichen, ein guter Kontakt zur Umfangsfläche gewährleistet werden. Selbst wenn aufgrund von Verscheiß jedes Klemmelement nicht mit einer gesamten zur Anlage an der Saug- oder Druckseite vorgesehenen Fläche tatsächlich an dieser anliegen sollte, ist dennoch aufgrund der Mehrzahl über die Saug- bzw. Druckseite verteilter Kontakte eine gleichmäßige Wärmeabfuhr möglich. Aufgrund der Wärmeabfuhr erfolgt ein rascheres Abkühlen, wodurch sich die Dauer des Schweißprozesses erheblich verringern lässt. Aufgrund der hohen Abkühlgeschwindigkeit erhält man zudem bessere Schweißergebnisse.By virtue of the fact that the clamping structure (s) can be pressed against the suction side and / or the pressure side of the turbine blade, a large contact surface with the peripheral surface of the turbine blade can be produced, which enables a rapid dissipation of the heat introduced by the welding process. At the same time, the configuration of the clamping structure in the form of a plurality of clamping elements makes it possible to adapt the clamping structure to the shape of the respective peripheral surface. The device according to the invention therefore at the same time makes it possible to contact the circumferential surface of a turbine blade to be welded over a large area and to adapt the clamping structure contacting this peripheral surface to turbine blades with differently shaped circumferential surfaces, in particular with differently shaped suction or pressure sides. Likewise, good contact with the peripheral surface can be ensured even with turbine blades that deviate from the nominal shape due to wear. Even if, due to Verscheiß each clamping element should not abut with an entire surface provided for abutment on the suction or pressure side surface actually at this, is still due to the majority distributed over the suction or pressure side contacts a uniform heat dissipation possible. Due to the heat dissipation, a faster cooling takes place, whereby the duration of the welding process can be significantly reduced. Due to the high cooling rate you also get better welding results.

Turbinenschaufeln sind nach vielen Jahren im Kraftwerksbetrieb häufig individuell verformt. Wenn auf die komplexe Freiformgeometrie der Oberfläche starre, nach Neuteilgeometrie negativ abgeformte Kühlkörper angedrückt würden, würden diese jeweils nur an einzelnen wenigen Punkten (theoretisch an drei Punkten) anliegen. Die Kühlleistung wäre dabei aufgrund der Spaltbildung zwischen Schaufel und Kühlkörper gering, da Luft als Gas isoliert und den Wärmefluss unterbricht. Im Rahmen der Erfindung ist daher es Vorteilhaft, wenn jedes der Klemmelemente zusätzlich zu dem Freiheitsgrad der translatorischen Bewegung in Richtung auf die Umfangsfläche einer einzuspannenden Turbinenschaufel hin und von dieser weg auch zwei rotatorische Freiheitsgrade aufweist. In dieser vorteilhaften Ausgestaltung legen sich die Klemmelemente als kleine, jeweils in wenigstens den genannten Freiheitzsgraden frei beweglich gelagerte Kühlkörper an die Schaufel an, so dass sie sich in ihrer Orientierung an die Oberflächengeometrie der Schaufelumfangsfläche anpassen können. Es kommt zwar auch hier ggf. an jedem Klemmelement zu den drei Auflagepunkten, aber die dabei entstehenden Luftspalte sind so klein, dass sie vernachlässigt werden können. Die Summe der einzelnen Berührflächen ist groß genug, um die Wärme abzuführen. Zusätzlich zu den genannte Freiheitsgraden können ggf. weitere Freiheitsgrade vorhanden sein.Turbine blades are often individually deformed after many years in power plant operation. If the complex free-form geometry of the surface were pressed rigidly, and if the geometry of the negative part was negatively shaped, then they would only rest on a few points (theoretically at three points). The cooling power would be low because of the gap formation between the blade and heat sink, since air is isolated as gas and interrupts the heat flow. In the context of the invention, it is therefore advantageous if, in addition to the degree of freedom of the translational movement in the direction of the peripheral surface of a turbine blade to be clamped, each of the clamping elements also has two rotational degrees of freedom. In this advantageous embodiment, the clamping elements apply as small, in each case at least in the above degrees of freedom freely movably mounted heat sink to the blade, so that they can be adapted in their orientation to the surface geometry of the blade peripheral surface. Although it comes here, if necessary, at each clamping element to the three support points, but the resulting air gaps are so small that they can be neglected. The sum of the individual contact surfaces is large enough to dissipate the heat. In addition to the degrees of freedom mentioned, further degrees of freedom may optionally be present.

Die Vorrichtung zum Einspannen einer Turbinenschaufel kann insbesondere eine Anpresseinrichtung zum Aufbringen eines Anpressdrucks für das Anpressen der wenigstens einen beweglichen Klemmstruktur an die Umfangsfläche der Turbinenschaufel aufweisen. Eine derartige Anpressvorrichtung zum Aufbringen des Anpressdrucks kann beispielsweise eine oder mehrere auf die Klemmelemente einwirkende Federn aufweisen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn jedes Klemmelement mit einer eigenen Feder zusammenwirkt. Die Anpressvorrichtung kann aber auch einen Antrieb aufweisen, was eine Steuerung des Anpressdrucks ermöglicht. Dabei kann die Anpressvorrichtung insbesondere für jedes Klemmelement einen eigenen Aktor zum Bewegen des entsprechenden Klemmelementes aufweisen. Sie kann hydraulisch oder pneumatisch, also mit hydraulischen oder pneumatischen Aktoren, ausgebildet sein, wobei insbesondere jedem Klemmelement ein eigener hydraulischer bzw. pneumatischer Aktor zugeordnet sein kann. Die hydraulisch oder pneumatisch Anpressvorrichtung bietet die Möglichkeit, alle Klemmelemente über einen gemeinsamen Hydraulikkreis bzw. Pneumatikkreis mit demselben Fluiddruck zu beaufschlagen. Dies führt dazu, dass alle Klemmelemente ohne aufwendige Steuerung mit demselben definiert einstellbaren Anpressdruck gegen die Umfangsfläche der Turbinenschaufel gepresst werden, was wiederum im Hinblick auf eine gleichmäßige Wärmeabfuhr über die gesamte kontaktierte Umfangsfläche der Turbinenschaufel vorteilhaft ist. Alternativ besteht aber auch die Möglichkeit, eine elektrische Anpressvorrichtung zu verwenden, also eine Anpressvorrichtung mit elektromechanischen Aktoren, in der insbesondere jedem Klemmelement ein eigener elektrometrischer Aktor, etwa ein Elektromotor, insbesondere ein Linearmotor, zugeordnet sein kann. Zwar ist die Steuerung einer derartigen Anpressvorrichtung komplexer, wenn ein gleichmäßiger Anpressdruck für alle Klemmelemente erzielt werden soll, dafür ist aber eine schnelle und individuelle Ansteuerung des Anpressdrucks einzelner Klemmelemente einfach möglich. Durch Steuern des Anpressdrucks einzelner Klemmelemente kann dann beispielsweise einem in der Umfangsfläche auftretenden unerwünschten Wärmegradienten dadurch entgegengewirkt werden, dass einzelne Klemmelemente mit höherem oder niedrigem Druck angepresst werden, um so über die Innigkeit des Kontaktes zur Umfangsfläche den Wärmeaustausch zwischen der Oberfläche und den Klemmelementen zu steuern. Selbstverständlich ist dies auch möglich, wenn individuelle Hydraulik- oder Pneumatikkreisläufe für jedes Klemmelement vorhanden sind.The device for clamping a turbine blade can in particular have a pressing device for applying a contact pressure for pressing the at least one movable clamping structure against the peripheral surface of the turbine blade. Such a pressing device for applying the contact pressure may, for example, have one or more springs acting on the clamping elements. That's it advantageous if each clamping element cooperates with its own spring. However, the pressing device can also have a drive, which allows control of the contact pressure. In this case, the pressing device may have, in particular for each clamping element, its own actuator for moving the corresponding clamping element. It can be designed hydraulically or pneumatically, that is to say with hydraulic or pneumatic actuators, wherein in particular each clamping element can be assigned its own hydraulic or pneumatic actuator. The hydraulic or pneumatic contact pressure device offers the possibility of applying the same fluid pressure to all clamping elements via a common hydraulic circuit or pneumatic circuit. As a result, all clamping elements are pressed against the peripheral surface of the turbine blade with the same defined adjustable contact pressure without expensive control, which in turn is advantageous with regard to uniform heat dissipation over the entire contacted circumferential surface of the turbine blade. Alternatively, however, it is also possible to use an electrical pressing device, that is to say a pressing device with electromechanical actuators in which, in particular, each clamping element can have its own electrometric actuator, for example an electric motor, in particular a linear motor. Although the control of such a pressing device is more complex if a uniform contact pressure for all clamping elements to be achieved, but it is a quick and individual control of the contact pressure of individual clamping elements easily possible. By controlling the contact pressure of individual clamping elements, undesired thermal gradients occurring in the peripheral surface can then be counteracted, for example, by pressing individual clamping elements with higher or lower pressure so as to control the heat exchange between the surface and the clamping elements via the intimacy of the contact with the peripheral surface , Of course, this is also possible if individual hydraulic or pneumatic circuits are available for each clamping element.

Die Klemmelemente können insbesondere aus einem Material hergestellt sein, dessen Wärmeleitfähigkeit größer ist, als die Wärmeleitfähigkeit des Materials, aus dem die Umfangsfläche der Turbinenschaufel besteht. Auf diese Weise kann ein Wärmestau in den Klemmelementen vermieden werden, so dass jederzeit eine gute Wärmeabfuhr gewährleistet ist.The clamping elements may in particular be made of a material whose thermal conductivity is greater than the thermal conductivity of the material constituting the circumferential surface of the turbine blade. In this way, a heat accumulation in the clamping elements can be avoided, so that a good heat dissipation is guaranteed at all times.

Die von den Klemmelementen aufgenommene Wärme kann über eine mit den Klemmelementen verbundene Wärmesenke abgegeben werden. Als Wärmesenke kommen etwa eine großflächige Struktur, beispielsweise Kühlrippen, ein Wärmetauscher etc. in Betracht. Die Wärmesenke kann mit der Umgebung oder einem sekundären Kühlkreislauf zur Abgabe der Wärme in Verbindung stehen.The heat absorbed by the clamping elements can be delivered via a heat sink connected to the clamping elements. As a heat sink come about a large-scale structure, such as cooling fins, a heat exchanger, etc. into consideration. The heat sink may be in communication with the environment or a secondary cooling circuit for dissipating the heat.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann wenigstens ein Gehäuse mit einem zum Hindurchleiten eines Kühlfluids ausgebildeten Gehäuseinnenraum aufweisen, wobei das Gehäuse einen Kühlfluideingang und einen Kühlfluidausgang umfasst. Die Klemmelemente weisen einen aus dem Gehäuseinnenraum in Richtung auf die Schaufelspitze herausragenden Abschnitt und einen in den Gehäuseinnenraum hineinragen Abschnitt auf. Über den in den Gehäuseinnenraum hineinragenden Teil eines Klemmelements kann dann die von der Oberfläche aufgenommene Wärme an ein durch das Gehäuseinnere strömendes Kühlfluid abgegeben werden. Dabei kann insbesondere ein durch das Gehäuseinnere hindurchführender und mit der Wärmesenke verbundener Kühlfluidkreislauf vorhanden sein. Der Kühlfluidkreislauf kann außerdem über einen Wärmetauscher mit einem sekundären Kühlfluidkreislauf verbunden sein. Das Kühlfluid kann eine Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser, oder ein Gas, insbesondere Luft, sein. Das verwendete Kühlfluid kann dabei insbesondere im Hinblick auf die benötigte Kühlleistung ausgewählt werden. Ein solcher Kreislauf ermöglicht es, die Wärmesenke in größerer Entfernung von den Klemmelementen anzuordnen. Wenn als Wärmesenken großflächige Strukturen verwendet werden, behindern diese dann nicht den Schweißprozess.The device according to the invention may have at least one housing with a housing interior designed to pass a cooling fluid, wherein the housing comprises a cooling fluid inlet and a cooling fluid outlet. The clamping elements have a section protruding from the housing interior in the direction of the blade tip and a section projecting into the housing interior. The heat absorbed by the surface can then be delivered to the cooling fluid flowing through the interior of the housing via the part of a clamping element projecting into the interior of the housing. In particular, a cooling fluid circuit leading through the interior of the housing and connected to the heat sink can be present. The cooling fluid circuit may also be connected to a secondary cooling fluid circuit via a heat exchanger. The cooling fluid may be a cooling fluid, in particular water, or a gas, in particular air. The cooling fluid used can be selected in particular with regard to the required cooling capacity. Such a circuit makes it possible to arrange the heat sink at a greater distance from the clamping elements. If large-area structures are used as heat sinks, these do not hinder the welding process.

Wenn man die Klemmelemente gelenkig lagern will, sind viele Gelenke nötig, wenn man die Klemmelemente mit den oben beschriebenen Freiheitsgraden lagern will. Beim Auftragsschweißen wird ein hartes und feinstaubiges Metallpulver zugeführt, das typischerweise nur etwa zu Hälfte verbraucht wird. Das nicht verbrauchte Pulver verteilt sich in der Vorrichtung. Jedes Gelenk würde dadurch sofort blockieren, sofern es nicht geeignet abgedichtet ist. Der Gehäuseinnenraum ist daher in einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Richtung auf die Turbinenschaufel mit Hilfe einer elastischen Membran, bspw. einer Gummimembran, gekapselt, wobei die Membran mit den Klemmelementen fest verbunden ist, bspw. durch Formschluss oder Stoffschluss. Die Membran unterteilt dabei die Klemmelemente in den aus dem Gehäuseinnenraum in Richtung auf die Schaufelspitze herausragenden und den in den Gehäuseinnenraum hineinragen Abschnitt, wobei sich alle beweglichen Teile der Klemmelemente wie bspw. Federn oder Gelenke im in den Gehäuseinnenraum hineinragen Abschnitt der Klemmelemente befinden. Mit dieser Ausgestaltung befinden alle beweglichen Teile der Klemmelemente im gekapselten Gehäuseinnenraum, so dass sie gegen das feinstaubige Metallpulver zuverlässig geschützt sind. Wegen der extremen Schweißpulveratmosphäre werden in dieser Weiterbildung also keine dynamischen Dichtungen verwendet, sondern eine elastischem Membran wie bspw. eine Gummimembran, die eine Bewegung der Klemmelemente relativ zur Schaufelspitze erlaubt. Die Dichtwirkung wird daher nicht durch Reibung zwischen der Membran und Kühlelement erzeugt, die zu einem abrasiven Verschleiß führen würde, sondern das Dichtungsprinzip ist formschlüssig oder stoffschlüssig. Dabei werden die Freiheitsgrade für die Bewegung über die elastische Verformung der Membran bereitgestellt. Gleichzeitig kann die elastische Membran als Lager- und Führungselement eingesetzt werden, das die Lagerung in bis zu sechs Freiheitsgraden erlaubt.If you want to store the clamping elements articulated, many joints are necessary if you want to store the clamping elements with the degrees of freedom described above. In hardfacing, a hard and fine dusty metal powder is supplied, which is typically consumed only about half. The unused powder spreads in the device. Each joint would thereby block immediately, unless it is sealed properly. The housing interior is therefore in an advantageous development of the device according to the invention in the direction of the turbine blade by means of an elastic membrane, for example. A rubber membrane, encapsulated, wherein the membrane is firmly connected to the clamping elements, for example. By positive engagement or material connection. The membrane divides the clamping elements into the protruding from the housing interior in the direction of the blade tip and the projecting into the housing interior section, all moving parts of the clamping elements such as springs or joints are in the housing interior projecting portion of the clamping elements. With this embodiment, all the moving parts of the clamping elements are in the encapsulated housing interior, so that they are reliably protected against the finely dusted metal powder. Because of the extreme welding powder atmosphere so no dynamic seals are used in this development, but an elastic membrane such as. A rubber membrane, which allows movement of the clamping elements relative to the blade tip. The sealing effect is therefore not generated by friction between the membrane and the cooling element, which would lead to abrasive wear, but the sealing principle is positive or cohesive. The degrees of freedom for the movement are provided via the elastic deformation of the membrane. At the same time, the elastic membrane can be used as a bearing and guide element, which allows storage in up to six degrees of freedom.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.

Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer teilweise durchsichtigen Darstellung.
Figur 2 zeigt Klemmelemente, welche für die Saugseite einer Turbinenschaufel vorgesehen sind.
Figur 3 zeigt Klemmelemente, welche für die Druckseite einer Turbinenschaufel vorgesehen sind.
Figur 4 zeigt eine stark schematisierte Detailansicht einer Ausführungsvariante der Vorrichtung aus Fig. 1.
Figur 5 zeigt eine Abwandlung der in Figur 4 gezeigten Ausführungsvariante.
Figur 6 zeigt beispielhaft eine Gasturbine in einem Längsteilschnitt.
Figur 7 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel oder Leitschaufel einer Strömungsmaschine.
Figur 8 zeigt eine Gasturbinenbrennkammer.

Further features, properties and advantages of the present invention will become apparent from the following description of a Embodiment with reference to the accompanying figures.

FIG. 1 shows the device according to the invention in a partially transparent representation.
FIG. 2 shows clamping elements which are provided for the suction side of a turbine blade.
FIG. 3 shows clamping elements which are provided for the pressure side of a turbine blade.
FIG. 4 shows a highly schematic detailed view of an embodiment of the device Fig. 1 ,
FIG. 5 shows a modification of the in FIG. 4 shown embodiment.
FIG. 6 shows an example of a gas turbine in a longitudinal section.
FIG. 7 shows a perspective view of a blade or vane of a turbomachine.
FIG. 8 shows a gas turbine combustor.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einspannen einer Turbinenschaufel mit Bezug auf die Figuren 1 bis 4 beschrieben. Fig. 1 zeigt dabei eine perspektivische Ansicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei Teile der Vorrichtung durchsichtig dargestellt sind, um das Innere dieser Teile besser erkennen zu können.Hereinafter, an embodiment of the inventive device for clamping a turbine blade with respect to the FIGS. 1 to 4 described. Fig. 1 shows a perspective view of the device according to the invention, wherein parts of the device are shown transparent, to better recognize the interior of these parts can.

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einspannen einer Turbinenschaufel zwei Klemmstrukturen 1,3, die derart ausgebildet sind, dass sie an die Umfangsfläche einer Turbinenschaufel 9, genauer an die Saugseite 5 bzw. an die Druckseite 7, angepresst werden können. Bei der Benutzung der Vorrichtung erfolgt das Anpressen der Klemmstrukturen 1,3 an die Saugseite 5 bzw. an die Druckseite 7 der Turbinenschaufel 9 wenige Millimeter unterhalb einer Schaufelspitze 11, die mittels Auftragsschweißens repariert werden soll. Im Sinne einer möglichst guten Wärmeabfuhr aus dem zu schweißenden Bereich, ist es wünschenswert, die Klemmstrukturen so nah wie möglich an die Schaufelspitze heranzuführen. Typischerweise setzen die Klemmstrukturen im Bereich zwischen 1 und 5 mm unterhalb der Schaufelspitze 11 an.As in Fig. 1 it can be seen, the device according to the invention for clamping a turbine blade comprises two clamping structures 1, 3, which are designed such that they on the peripheral surface of a turbine blade 9, more precisely on the suction side 5 or to the pressure side 7, can be pressed. When using the device, the pressing of the clamping structures is 1,3 to the suction side 5 and to the pressure side 7 of the turbine blade 9 a few millimeters below a blade tip 11, which is to be repaired by surfacing. In terms of the best possible heat removal from the area to be welded, it is desirable to bring the clamping structures as close as possible to the blade tip. Typically, the clamping structures in the range between 1 and 5 mm below the blade tip 11 at.

Die Klemmstrukturen 1,3 sind in den Figuren 2 und 3 im Detail dargestellt. Figur 2 zeigt dabei die Klemmstruktur 1, die zum Anpressen an die Saugseite 5 ausgebildet ist, wohingegen Fig. 3 die zum Anpressen an die Druckseite 7 ausgebildete Klemmstruktur 3 zeigt. Beide Klemmstrukturen sind aus einer Mehrzahl von Klemmelementen 13 zusammengesetzt, die jeweils eine Klemmbacke 15 mit einer als Anlagefläche 16 zur Anlage an die Umfangsfläche der Turbinenschaufel ausgebildeten Oberfläche aufweisen. Außerdem weisen sie einen Schaft 17 auf, der sich an der von der Anlagefläche 16 abgewandten Seite der Klemmbacke 15 befindet und sich von der Klemmbacke 15 weg erstreckt. Jeder Schaft 17 weist an seinem an die jeweilige Klemmbacke 15 angrenzenden Ende eine Verdickung 19 auf. Innen im Schaft 17 oder außen am Schaft 17 ist eine Feder angeordnet (vgl. Figur 4) die über das von der Klemmbacke 15 abgewandte Schaftende hinausragt.The clamping structures 1,3 are in the FIGS. 2 and 3 shown in detail. FIG. 2 shows the clamping structure 1, which is designed for pressing against the suction side 5, whereas Fig. 3 the trained for pressing against the pressure side 7 clamping structure 3 shows. Both clamping structures are composed of a plurality of clamping elements 13, each having a clamping jaw 15 with a formed as a contact surface 16 for abutment against the peripheral surface of the turbine blade surface. In addition, they have a shaft 17 which is located on the side facing away from the contact surface 16 side of the clamping jaw 15 and extending away from the clamping jaw 15. Each shaft 17 has a thickening 19 at its end adjoining the respective clamping jaw 15. Inside the shaft 17 or outside on the shaft 17, a spring is arranged (see. FIG. 4 ) which projects beyond the jaw end facing away from the jaw 15.

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, weist die Vorrichtung zwei Gehäuse 21, 23 auf, die jeweils einen von einem Kühlfluid durchströmbaren Gehäuseinnenraum 25, 27 besitzen. Außerdem weisen die Gehäuse 21,23 jeweils einen Kühlfluideingang 29,31 und einen Kühlfluidausgang 33,35 auf, die mit dem jeweiligen Gehäuseinneren 25,27 kommunizieren, so dass ein Kühlfluid durch den Gehäuseinnenraum 25,27 geleitet werden kann. Als Kühlfluide kommen hierbei sowohl Flüssigkeiten als auch Gase in Betracht. Als Kühlflüssigkeit eignet sich insbesondere Wasser, da dieses umweltverträglich und in der Regel überall verfügbar ist. Aber auch andere Kühlflüssigkeiten wie beispielsweise Öle oder speziell als Kühlflüssigkeiten konzipierte Flüssigkeiten kommen grundsätzlich in Betracht. Als gasförmiges Kühlfluid bietet sich insbesondere Luft an. Aber auch Gase mit höherer Wärmekapazität, etwa dreiatomig Gase wie beispielsweise Kohlendioxid, können Anwendung finden. Welches Kühlfluid tatsächlich zur Anwendung kommt, hängt von einer Mehrzahl von Faktoren ab, beispielsweise der beim Schweißen in die Schaufelspitze 11 eingebrachten Wärmemenge, der Temperatur des einströmenden Kühlfluids und der pro Zeiteinheit durch den Gehäuseinnenraum 25,27 strömenden Fluidmenge.As in Fig. 1 can be seen, the device has two housings 21, 23, each having a through-flow of a cooling fluid housing interior 25, 27. In addition, the housings 21, 23 each have a cooling fluid inlet 29, 31 and a cooling fluid outlet 33, 35, which communicate with the respective housing interior 25, 27, so that a cooling fluid can be passed through the housing interior 25, 27. As cooling fluids here are both liquids and gases into consideration. As a coolant liquid is particularly suitable, as this environmentally friendly and usually everywhere is available. But other cooling liquids such as oils or liquids specially designed as cooling liquids come into consideration in principle. As a gaseous cooling fluid is particularly suitable for air. But also gases with higher heat capacity, such as triatomic gases such as carbon dioxide, can be applied. Which cooling fluid is actually used depends on a number of factors, such as the amount of heat introduced into the blade tip 11 during welding, the temperature of the inflowing cooling fluid, and the amount of fluid flowing through the housing interior 25,27 per unit time.

Um die in die Schaufelblattspitze eingebrachte Wärme zuverlässig abführen zu können, werden die einzelnen Klemmbacken 13 der Klemmstrukturen 1,3 im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels der in oder an den Schäften 17 angeordneten Federn 18 mit einem bestimmten Anpressdruck an die Umfangsfläche der Turbinenschaufel, d.h. an die Saugseite 5 und die Druckseite 7, angepresst. Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Klemmelemente 13 aus einem Material bestehen, das eine höhere Wärmleitfähigkeit als das Material der Umfangsfläche der Turbinenschaufel 9 aufweist. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die Wärmeabfuhr ins Stocken gerät, wenn die Anlageflächen 16, mit denen die Klemmbacken 15 die Umfangsfläche der Turbinenschaufel 9 kontaktieren, dieselbe Temperatur wie die Umfangsfläche 9 selbst erreichen.In order to be able to reliably dissipate the heat introduced into the blade tip, the individual clamping jaws 13 of the clamping structures 1, 3 in the present embodiment are pressed by means of the springs 18 arranged in or on the shafts 17 with a specific contact pressure against the peripheral surface of the turbine blade, i. to the suction side 5 and the pressure side 7, pressed. In addition, it is advantageous if the clamping elements 13 are made of a material having a higher thermal conductivity than the material of the peripheral surface of the turbine blade 9. In this way it can be avoided that the heat dissipation comes to a halt when the contact surfaces 16, with which the clamping jaws 15 contact the peripheral surface of the turbine blade 9, reach the same temperature as the circumferential surface 9 itself.

Das Abführen der Wärme aus den Klemmelementen 13 erfolgt über das durch die Gehäuseinnenräume 25,27 strömende Kühlfluid. Um dies zu ermöglichen, ragen die Klemmelemente 13 mit ihren Schäften 17 in die Gehäuseinnenräume 25,27 hinein, so dass die Schäfte 17 vom Kühlfluid umströmt werden. Dabei kann das Kühlfluid Wärme von den Klemmelementen 13 abführen. Wenn ein offener Kühlfluidkreislauf Verwendung findet, wird die abgeführte Wärme mitsamt dem Kühlfluid an die Umgebung abgegeben. Es besteht aber auch die Möglichkeit, einen geschlossenen Kühlfluidkreislauf zu verwenden. Die Wärmeabfuhr mittels eines geschlossenen Kühlfluidkreislaufes wird später mit Bezug auf Fig. 4 genauer beschrieben.The removal of heat from the clamping elements 13 via the flowing through the housing interior 25,27 cooling fluid. To make this possible, the clamping elements 13 protrude with their shafts 17 into the housing interior 25,27, so that the shafts 17 are flowed around by the cooling fluid. In this case, the cooling fluid can dissipate heat from the clamping elements 13. If an open cooling fluid circuit is used, the dissipated heat is released together with the cooling fluid to the environment. But it is also possible to use a closed cooling fluid circuit. The heat dissipation by means of a closed cooling fluid circuit will be discussed later with reference to Fig. 4 described in more detail.

Die Fig. 4 zeigt in einer stark schematischen Darstellung einen Ausschnitt aus der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung. Der Ausschnitt zeigt einen Teil der Klemmstruktur 3, wobei insbesondere ein Klemmelement 13 zu erkennen ist. Außerdem ist ein Ausschnitt aus dem Gehäuse 23 mit seinem Gehäuseinnenraum 27 zu erkennen. Das Gehäuse 23 ist gegen das Eindringen von Metallpulver beim Auftragsschweißen gekapselt. Auf der zum Schaufelblatt weisenden Seite des Gehäuses ist dabei eine elastische Membran 37 vorhanden, die form- oder stoffschlüssig mit den Schäften 17 der Klemmelemente 13 verbunden ist und so jedes Klemmelement 13 in einen in den Gehäuseinnenraum 27 hineinragenden Abschnitt und einen aus dem Gehäuseinnenraum 27 herausragenden Abschnitt unterteilt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der in den Gehäuseinnenraum 27 hineinragenden Abschnitt des Klemmelementes 13 den nicht verdickten Abschnitt des Schaftes 17 sowie die Feder 18 und der aus dem Gehäuseinnenraum 27 herausragende Abschnitt die Klemmbacke 15 und den verdickte Abschnitt 19 des Schaftes 17. Der verdickte Bereich 19 dient als Abstandshalter zwischen der elastischen Membran 37 und der Klemmbacke 15. Andere Aufteilungen zwischen dem im Gehäuse angeordneten Abschnitt und dem außerhalb des Gehäuses angeordneten Abschnitt sind möglich, solange sich alle beweglichen Elemente - im vorliegenden Ausführungsbeispiel also die Feder 18 - im gekapselten Gehäuseinnenraum 27 befinden.The Fig. 4 shows in a highly schematic representation of a section of the in Fig. 1 shown device. The section shows a part of the clamping structure 3, wherein in particular a clamping element 13 can be seen. In addition, a section of the housing 23 with its housing interior 27 can be seen. The housing 23 is encapsulated against the penetration of metal powder during build-up welding. In this case, an elastic membrane 37 is present on the side of the housing pointing toward the airfoil, which is positively or materially connected to the shafts 17 of the clamping elements 13 and thus projects each clamping element 13 into a section protruding into the housing interior 27 and out of the housing interior 27 Section divided. In the present exemplary embodiment, the section of the clamping element 13 protruding into the housing interior 27 comprises the non-thickened section of the shaft 17 and the spring 18 and the section protruding from the housing interior 27, the clamping jaw 15 and the thickened section 19 of the shaft 17. The thickened region 19 serves Other spacings between the portion arranged in the housing and the portion arranged outside the housing are possible, as long as all the movable elements - in the present embodiment, the spring 18 - are in the encapsulated housing interior 27.

Die elastische Membran 37 ist außer mit den Schäften der Klemmelemente 13 auch mit der Gehäusewand 38 form- oder stoffschlüssig verbunden so dass die Kapselung des Gehäuses 23 erreicht wird. Als elastische Membran findet im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Gummimembran Verwendung, aber auch andere elastische Membranen, welche eine Beständigkeit gegenüber der Schweißatmosphäre aufweisen, können Verwendung finden.The elastic membrane 37 is connected in addition to the shanks of the clamping elements 13 with the housing wall 38 positively or materially connected so that the encapsulation of the housing 23 is achieved. As the elastic membrane, a rubber membrane is used in the present embodiment, but also other elastic membranes which have resistance to the welding atmosphere can be used.

Die elastische Membran 37 dient im vorliegenden Ausführungsbeispiel außer zur Kapselung auch als Lager für die Klemmelemente 13 Aufgrund der Elastizität der Membran 37 sind die Klemmelemente 13 wenigstens in einem translatorischen und zwei rotatorischen Freiheitsgraden beweglich gelagert. Auf diese Weise können sie ihre Orientierung an die Oberflächengeometrie der Schaufelumfangsfläche der aktuell eingespannten Turbinenschaufel anpassen. Die Drehachsen der rotatorischen Freiheitsgrade, um die bei diesem Anpassen die Drehung erfolgen kann, verlaufen hierbei im Wesentlichen in der Tangentialebene des Oberflächenabschnitts, an den das jeweilige Klemmelement angedrückt wird.The elastic membrane 37 is used in the present embodiment except for encapsulation as a bearing for the clamping elements 13 Due to the elasticity of the diaphragm 37, the clamping elements 13 are movably mounted at least in a translational and two rotational degrees of freedom. In this way, they can adapt their orientation to the surface geometry of the blade peripheral surface of the currently clamped turbine blade. The axes of rotation of the rotational degrees of freedom about which the rotation can take place during this adaptation run essentially in the tangential plane of the surface section to which the respective clamping element is pressed.

Der Anpressdruck zum Anpressen der Klemmelemente 13 an die Umfangsfläche der Turbinenschaufel 9 wird von den Federn 18, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Spiralfedern ausgebildet sind, aufgebracht. Die Federn 18 sind mit ihrem von den Schäften entfernten Enden an der Gehäusewand 38 gelagert, so dass eine zwischen dem Klemmelement 13 und der Gehäusewand 37 wirkende Federkraft bereitgestellt wird.The contact pressure for pressing the clamping elements 13 against the peripheral surface of the turbine blade 9 is applied by the springs 18, which are formed as spiral springs in the present embodiment. The springs 18 are mounted with their ends remote from the shanks on the housing wall 38, so that an acting between the clamping element 13 and the housing wall 37 spring force is provided.

Die Beweglichkeit der Klemmelemente in den genannten Freiheitsgraden gewährleistet, dass alle Klemmbacken 15 die Umfangsfläche der Turbinenschaufel 9 kontaktieren, selbst dann, wenn die Form der Umfangsfläche aufgrund von Toleranzen oder aufgrund von betriebsbedingten Veränderungen von der Idealform abweicht. Die Spiralfedern 18 können also als Anpressvorrichtung zum Aufbringen des Anpressdruckes angesehen werden. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die in Fig. 4 gezeigte Anordnung und die in Fig. 4 gezeigte Form der Federn 41 lediglich ein mögliches Beispiel hierfür darstellen. Statt Spiralfedern können auch andere Federformen, beispielsweise Blattfedern oder Tellerfedern in der gezeigten Anordnung die Spiralfedern 18 ersetzten. Auch eine andere Anordnung der Federn ist grundsätzlich möglich. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, die Federn an den Außenseiten der Schäfte 17 anzuordnen. Ebenso besteht die Möglichkeit, vollständig auf Federn zu verzichten und stattdessen einen Antrieb als Anpressvorrichtung zum Aufbringen des Anpressdrucks zu verwenden. Ein solcher Antrieb kann für jedes Klemmelement 13 wenigstens einen eigenen, im Gehäuseinnenraum 27 angeordneten Aktor aufweisen, welcher das jeweilige Klemmelement 13 bewegt. Solche Aktoren können hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch sein. Im Falle hydraulischer Aktoren kann beispielsweise jedes Klemmelement 13 mit einem Hydraulikzylinder ausgestattet sein. Entsprechendes gilt auch für pneumatische Aktoren. Auch hier kann jedes Klemmelement mit einem Pneumatikzylinder ausgestattet sein. Im Falle elektromechanischer Aktoren besteht beispielsweise die Möglichkeit, jedes Klemmelement 13 mit einem Elektromotor, insbesondere mit einem Linearmotor zu versehen.The mobility of the clamping elements in the stated degrees of freedom ensures that all the clamping jaws 15 contact the peripheral surface of the turbine blade 9, even if the shape of the peripheral surface deviates from the ideal shape due to tolerances or due to operational changes. The coil springs 18 can therefore be regarded as a pressing device for applying the contact pressure. It should be noted at this point that the in Fig. 4 shown arrangement and in Fig. 4 shown form of the springs 41 merely represent a possible example of this. Instead of coil springs and other spring shapes, such as leaf springs or disc springs in the arrangement shown, the coil springs 18 replaced. A different arrangement of the springs is possible in principle. For example, it is possible to arrange the springs on the outer sides of the shafts 17. It is also possible to completely dispense with springs and instead a drive as a pressing device to use for applying the contact pressure. Such a drive may have for each clamping element 13 at least one own, arranged in the housing interior 27 actuator, which moves the respective clamping element 13. Such actuators may be hydraulic, pneumatic or electromechanical. In the case of hydraulic actuators, for example, each clamping element 13 may be equipped with a hydraulic cylinder. The same applies to pneumatic actuators. Again, each clamping element may be equipped with a pneumatic cylinder. In the case of electromechanical actuators, for example, it is possible to provide each clamping element 13 with an electric motor, in particular with a linear motor.

Das Verwenden eines Antriebs als Anpressvorrichtung zum Aufbringen eines Anpressdrucks bietet die Möglichkeit, den Anpressdruck eines jeden Klemmelementes 13 individuell zu steuern, so dass von jedem Klemmelement 13 ein individuell definierter Anpressdruck zur Verfügung gestellt wird. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, die Steuerung so vorzunehmen, dass jedes Klemmelement 13 denselben Anpressdruck aufbringt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Anpressdruck, den ein Klemmelement 13 aufbringt, an die im Bereich seines Klemmbackens 15 herrschende Oberflächentemperatur der Turbinenschaufel anzupassen. Durch einen innigeren Kontakt der Oberfläche kann die Wärmeabfuhr erhöht werden, so dass beim Vorliegen von Wärmegradienten in der Umfangsfläche der Turbinenschaufel die Wärmeabfuhr lokal so verteilt werden kann, dass der vorherrschende Temperaturgradient ausgeglichen, zumindest jedoch nicht vergrößert wird. Ein Klemmelement 13 mit einem Hydraulikzylinder 43 als Beispiel für den Aktor eines Antriebs für das Klemmelement ist schematisch in Fig. 5 dargestellt.The use of a drive as a pressing device for applying a contact pressure offers the possibility of individually controlling the contact pressure of each clamping element 13 so that an individually defined contact pressure is provided by each clamping element 13. For example, it is possible to make the control so that each clamping element 13 applies the same contact pressure. But it is also possible, the contact pressure, which applies a clamping element 13, to adapt to the ruling in the region of its jaw 15 surface temperature of the turbine blade. Through a closer contact of the surface, the heat dissipation can be increased, so that the presence of thermal gradients in the peripheral surface of the turbine blade, the heat dissipation can be locally distributed so that the prevailing temperature gradient is balanced, but at least not increased. A clamping element 13 with a hydraulic cylinder 43 as an example of the actuator of a drive for the clamping element is shown schematically in FIG Fig. 5 shown.

Die Wärmeabfuhr im Falle eines geschlossenen Kühlkreislaufes wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben. In dieser Figur ist der durch das Gehäuseinnere 27 führende Kühlkreislauf 45 schematisch dargestellt. Er umfasst eine Pumpe 47 oder einen Kompressor und im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Wärmetauscher 49, über den die Wärme an einen sekundären Kreislauf oder die Umgebung (nicht dargestellt) abgegeben werden kann. Es besteht bspw. die Möglichkeit ein großflächiges Kühlelement, etwa in Form von Kühlrippen, vorzusehen, um die im Kühlkreislauf 45 befindliche Wärme an die Umgebung abzugeben. Grundsätzlich können die Klemmelemente 13 über den Kühlkreislauf mit jeder geeigneten Wärmesenke, welche dem Kühlfluid Wärme entzieht, verbunden sein.The heat dissipation in the case of a closed cooling circuit will be described below with reference to Fig. 4 described. In this figure, the leading through the housing interior 27 cooling circuit 45 is shown schematically. It comprises a pump 47 or a compressor and in the present embodiment a heat exchanger 49, via which the heat to a secondary circuit or the environment (not shown) can be discharged. There is, for example, the possibility of providing a large-area cooling element, for example in the form of cooling fins, in order to deliver the heat in the cooling circuit 45 to the environment. In principle, the clamping elements 13 can be connected via the cooling circuit with any suitable heat sink, which extracts heat from the cooling fluid.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Turbinenschaufel wie bereits erwähnt im Bereich ihrer Schaufelspitze 11 mit Hilfe der Klemmstrukturen 1,3 eingespannt, um sie dann im Rahmen eines Auftragsschweißprozesses zu reparieren. Das Einspannen kann mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder auf elektromechanischem Wege erfolgen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kommen zwei Spannspindeln 51,53 (siehe Figur 1) zur Anwendung. Diese greifen jeweils an derjenigen Gehäuseseite der Gehäuse 21,23 an, die der Klemmstruktur 1,3 gegenüber liegt. Wenn als Anpresseinrichtung zum Aufbringen eines Anpressdruckes ein Antrieb Verwendung findet, kann dieser auch zum Aufbringen der zum Einspannen der Turbinenschaufel nötigen Klemmkraft herangezogen werden. Es besteht aber auch in diesem Fall die Möglichkeit, getrennte Einrichtungen zum Aufbringen der Klemmkraft und zum Aufbringen des Anpressdruckes zu verwenden.In the present exemplary embodiment, as already mentioned, the turbine blade is clamped in the region of its blade tip 11 with the aid of the clamping structures 1, 3 in order to then repair it as part of a build-up welding process. The clamping can be done mechanically, hydraulically, pneumatically or electromechanically. In the present embodiment, two clamping spindles 51,53 (see FIG. 1 ) for use. These engage in each case on those housing side of the housing 21,23, which is the clamping structure 1,3 opposite. If a drive is used as the pressing device for applying a contact pressure, this drive can also be used for applying the clamping force necessary for clamping the turbine blade. However, it is also possible in this case to use separate means for applying the clamping force and for applying the contact pressure.

Die Figur 6 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt.The FIG. 6 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.

Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.The gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner.

Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.Along the rotor 103 follow one another an intake housing 104, a compressor 105, for example a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality Coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th

Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.The annular combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example. There, for example, four turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.

Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings. As seen in the direction of flow of a working medium 113, in the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115, a series 125 formed of rotor blades 120 follows.

Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.The guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.

An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt).Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown).

Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.During operation of the gas turbine 100, air 105 is sucked in and compressed by the compressor 105 through the intake housing 104. The compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel. The mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110. From there, the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120. On the rotor blades 120, the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.

Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet.The components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100. The guide vanes 130 and rotor blades 120 seen in the flow direction of the working medium 113 first Turbine stage 112 is most thermally stressed in addition to the heat shield elements lining the annular combustor 110.

Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden.To withstand the prevailing temperatures, they can be cooled by means of a coolant.

Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur).Likewise, substrates of the components may have a directional structure, i. they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).

Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superlegierungen verwendet.As the material for the components, in particular for the turbine blade 120, 130 and components of the combustion chamber 110, for example, iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used.

Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 B1 , EP 1 306 454 , EP 1 319 729 A1 , WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt.Such superalloys are for example from EP 1 204 776 B1 . EP 1 306 454 . EP 1 319 729 A1 . WO 99/67435 or WO 00/44949 known.

Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium, Scandium (Sc) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden bzw. Hafnium). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 .Also, the blades 120, 130 may be anti-corrosion coatings (MCrAlX; M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earth or hafnium). Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1 . EP 0 786 017 B1 . EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 ,

Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.On the MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, and consists for example of ZrO ₂ , Y ₂ O ₃ -ZrO ₂ , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.

Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.By means of suitable coating processes, such as electron beam evaporation (EB-PVD), stalk-shaped grains are produced in the thermal barrier coating.

Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt.The vane 130 has a guide vane foot (not shown here) facing the inner casing 138 of the turbine 108 and a vane head opposite the vane root. The vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.

Die Figur 7 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.The FIG. 7 shows a perspective view of a blade 120 or guide vane 130 of a turbomachine, which extends along a longitudinal axis 121.

Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein.The turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.

Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 aufeinander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf.The blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 consecutively a fastening region 400, a blade platform 403 adjacent thereto and an airfoil 406 and a blade tip 415.

Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht dargestellt).As a guide blade 130, the blade 130 may have at its blade tip 415 another platform (not shown).

Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt).In the mounting region 400, a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).

Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich.The blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as Christmas tree or Schwalbenschwanzfuß are possible.

Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Abströmkante 412 auf.The blade 120, 130 has a leading edge 409 and a trailing edge 412 for a medium flowing past the airfoil 406.

Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise massive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet.In conventional blades 120, 130, for example, in all areas 400, 403, 406 of the blade 120, 130 massive metallic materials, in particular superalloys used.

Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.The blade 120, 130 can be made by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof.

Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind.Workpieces with a monocrystalline structure or structures are used as components for machines which are exposed to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.

Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt.The production of such monocrystalline workpieces takes place e.g. by directed solidification from the melt. These are casting processes in which the liquid metallic alloy is transformed into a monocrystalline structure, i. to the single-crystal workpiece, or directionally solidified.

Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen.Here, dendritic crystals are aligned along the heat flow and form either a columnar grain structure (columnar, i.e., grains that run the full length of the workpiece and here, in common usage, are referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, i. the whole workpiece consists of a single crystal. In these processes, it is necessary to avoid the transition to globulitic (polycrystalline) solidification, since non-directional growth necessarily produces transverse and longitudinal grain boundaries which negate the good properties of the directionally solidified or monocrystalline component.

Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures).If we speak of directionally solidified structures in general, we are referring to single crystals that are not grain boundaries or at most small-angle grain boundaries, as well as columnar crystal structures, which have well in the longitudinal direction extending grain boundaries, but no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also known as directionally solidified structures.

Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 A1 bekannt.Such methods are known from U.S. Patent 6,024,792 and the EP 0 892 090 A1 known.

Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf)). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 .Likewise, the blades 120, 130 may have coatings against corrosion or oxidation, e.g. M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)). Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1 . EP 0 786 017 B1 . EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 ,

Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen Dichte.The density is preferably 95% of the theoretical density.

Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer).A protective aluminum oxide layer (TGO = thermal grown oxide layer) is formed on the MCrAlX layer (as an intermediate layer or as the outermost layer).

Vorzugsweise weist die Schichtzusammensetzung Co-30Ni-28Cr-8Al-0,6Y-0,7Si oder Co-28Ni-24Cr-10Al-0,6Y auf. Neben diesen kobaltbasierten Schutzbeschichtungen werden auch vorzugsweise nickelbasierte Schutzschichten verwendet wie Ni-10Cr-12Al-0,6Y-3Re oder Ni-12Co-21Cr-11Al-0,4Y-2Re oder Ni-25Co-17Cr-10Al-0,4Y-1,5Re.Preferably, the layer composition comprises Co-30Ni-28Cr-8Al-0.6Y-0.7Si or Co-28Ni-24Cr-10Al-0.6Y. In addition to these cobalt-based protective coatings, nickel-based protective layers such as Ni-10Cr-12Al-0.6Y-3Re or Ni-12Co-21Cr-11Al-0.4Y-2Re or Ni-25Co-17Cr-10Al-0.4Y-1 are also preferably used , 5RE.

Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.On the MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, which is preferably the outermost layer, and consists for example of ZrO ₂ , Y ₂ O ₃ -ZrO ₂ , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.

Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht.The thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer.

Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.By suitable coating methods, e.g. Electron beam evaporation (EB-PVD) produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.

Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die MCrAlX-Schicht.Other coating methods are conceivable, e.g. atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD. The thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance. The thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the MCrAlX layer.

Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen). Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Einsatz des Bauteils 120, 130.Refurbishment means that components 120, 130 may need to be deprotected after use (e.g., by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, even cracks in the component 120, 130 are repaired. This is followed by a re-coating of the component 120, 130 and a renewed use of the component 120, 130.

Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeutet) auf.The blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and may still film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.

Die Figur 8 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine.The FIG. 8 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine.

Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum 154 münden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.The combustion chamber 110 is designed, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a plurality of burners 107 arranged around a rotation axis 102 in the circumferential direction open into a common combustion chamber space 154, which generate flames 156. For this purpose, the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around.

Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 1000°C bis 1600°C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsmedium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.To achieve a comparatively high efficiency, the combustion chamber 110 is for a comparatively high temperature the working medium M of about 1000 ° C to 1600 ° C designed. In order to enable a comparatively long service life even with these, for the materials unfavorable operating parameters, the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M side with an inner lining formed from heat shield elements 155.

Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeitsmediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbeständigem Material (massive keramische Steine) gefertigt.Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working medium side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic blocks).

Diese Schutzschichten können ähnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise MCrAlX: M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 .These protective layers may be similar to the turbine blades, so for example MCrAlX means: M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf). Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1 . EP 0 786 017 B1 . EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 ,

Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wärmedämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.On the MCrAlX, for example, a ceramic thermal barrier coating may be present and consists for example of ZrO ₂ , Y ₂ O ₃ -ZrO ₂ , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.

Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Hitzeschildelemente 155 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen). Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse in dem Hitzeschildelement 155 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Hitzeschildelemente 155.Other coating methods are conceivable, for example atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD. The thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance. Refurbishment means that heat shield elements 155 may have to be freed of protective layers after their use (eg by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. If necessary, cracks in the heat shield element 155 are also repaired. This is followed by a recoating of the heat shield elements 155 and a renewed use of the heat shield elements 155.

Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein. Die Hitzeschildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerraum 154 mündende Kühllöcher (nicht dargestellt) auf.Due to the high temperatures inside the combustion chamber 110 may also be provided for the heat shield elements 155 and for their holding elements, a cooling system. The heat shield elements 155 are then, for example, hollow and possibly still have cooling holes (not shown) which open into the combustion chamber space 154.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels zu Erläuterungszwecken näher beschrieben. Da wie im bereits im Text erwähnt Abwandlungen von diesem konkreten Ausführungsbeispiel möglich sind, soll die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel eingeschränkt sein, sondern lediglich durch die angehängten Ansprüche.The present invention has been described in detail with reference to a concrete embodiment for explanation purposes. Since, as already mentioned in the text modifications of this specific embodiment are possible, the invention should not be limited to this embodiment, but only by the appended claims.

Claims

Device for clamping a turbine blade (9) with a peripheral surface having a suction side (5) and a pressure side (7) and with a blade tip during welding repair of the blade tip (11), the device comprising at least one movable clamping structure (1, 3) for pressing to the suction side (5) or the pressure side (7) of a turbine blade (9) in the region of its blade tip (11), wherein the clamping structure (1,3) is designed to dissipate heat from the turbine blade (9),
characterized in that
the at least one movable clamping structure (1, 3) has a plurality of clamping elements (13) which are each individually movably mounted in such a way that they can be moved towards and away from the circumferential surface of a turbine blade (9) to be clamped.

Device according to claim 1,
characterized in that
each of the clamping elements (13) is movably mounted at least in two rotational degrees of freedom.

Apparatus according to claim 1 or claim 2,
characterized in that
a pressing device (41, 43) for applying a contact pressure for pressing the at least one movable clamping structure (1, 3) to the peripheral surface of the turbine blade (9) is present.

Device according to claim 3,
characterized in that
the pressure device for applying the contact pressure one or more on the clamping elements (13) acting springs (41)

Device according to claim 3,
characterized in that
the pressing device for applying the contact pressure comprises a drive.

Device according to claim 5,
characterized in that
the drive for each clamping element (13) has its own actuator (43) for moving the corresponding clamping element (13).

Device according to claim 6,
characterized in that
the drive is a hydraulic or pneumatic drive, in which each clamping element (13) is assigned its own hydraulic or pneumatic actuator (43).

Device according to claim 6,
characterized in that
the drive is an electric drive, in which each clamping element (13) is assigned its own electromechanical actuator.

Device according to one of claims 1 to 8,
characterized in that
the clamping elements (13) consist of a material whose thermal conductivity is greater than that of the material constituting the circumferential surface of the turbine blade (9).

Device according to one of claims 1 to 9,
characterized in that
the clamping elements (13) are connected to a heat sink.

Device according to one of claims 1 to 10,
characterized in that
it comprises at least one housing (21, 23) with a housing interior (25, 27) designed to pass a cooling fluid, a cooling fluid inlet (29, 31) and a cooling fluid outlet (33, 35), and that the clamping elements (13) comprise one from the interior of the housing (25,27) in the direction of the blade tip (11) projecting portion (15, 19) and in the housing interior (25,27) protrude portion (17).

Device according to claim 10 and claim 11,
characterized in that
at least one through the housing interior (25,27) leading through and connected to the heat sink cooling fluid circuit is present.

Apparatus according to claim 11 or claim 12,
characterized in that
the housing interior (25,27) is encapsulated in the direction of the turbine blade by means of an elastic membrane, wherein the membrane with the clamping elements (13) is firmly connected and the clamping elements (13) in the from the housing interior (25,27) in the direction divided on the blade tip (11) projecting portion (15,19) and in the housing interior (25,27) projecting portion (17) with all the moving parts of the clamping elements (13) protrude into the in the housing interior (25,27) Section of the clamping elements are located.

Device according to one of claims 1 to 13,
characterized in that
both a clamping structure (1) for pressing against the suction side (5) of the circumferential surface and a clamping structure (3) for pressing against the pressure side (7) of the circumferential surface are provided, wherein each of the movable clamping structures (1,3) comprises a plurality of clamping elements (13), which are each mounted individually such that they can be moved at least in the direction of the peripheral surface of a turbine blade (9) to be clamped in and out.